生物反应器应用于组织工程的进展与前景趋势

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　　使用组织工程种子细胞须考虑三个重点：(1)适当的细胞密度(即单位体积所需细胞数量)。Goshima等(1)将体外培养的骨髓间充质干细胞，按不同密度复合于多孔陶瓷植入体内，结果显示植入物的骨髓间充质干细胞密度须在2×107/cm3以上才能确保新骨形成。另外，当软骨细胞植入的密度低于1×107/cm3个时，会产生很少软骨或软骨无法生成(2)，可见种子细胞密度对培养的影响性。(2)良好的种子细胞分化程度。单层培养造成细胞去分化，并容易形成细胞团，造成细胞形态变为细长，不具备块状组织的生理特征，产生的ECM量少且质量差。虽然培养在三维支架后，细胞分化状态可部分恢复，但往往恢复不完全，因而直接影响组织块的质量(3)。(3)控制种子细胞扩增培养条件。如神经干细胞可以在微重力条件下，维持圆形的细胞形态进行扩增。种子细胞扩增培养的关键问题，在于控制生长条件(如溶氧浓度及pH值)及足量的营养供给(4)。

　　(二)利用生物反应器培养组织块

　　[url=http:///www.pall.cn/zh_cn/biotech/cell-culture/single-use-bioreactors1.html]生物反应器[/url]在三维支架(载体)中，除了比二维培养大幅增加细胞贴附的表面积外，也增加了生长因子供给效率和细胞外基质(ECM, extra cellular matrix)的合成量，有利于细胞朝多方向迁移、分化和大量增殖(5,6)。

　　另外，三维多孔结构也有利于氧气和营养物质的传输、代谢产物的排出，以及保持载体内部细胞旺盛的代谢活性(7)。 单层细胞平盘培养之营养来源一般不受限制，这是因为依赖营养液的扩散，足以通过单层细胞10μm左右的厚度，但是当组织块的厚度超过100——200μm时，氧气和营养的扩散就会受到明显限制。实际上患者的组织或器官缺损的体积，往往远超过这个门坎，平盘培养既然无法有效率提供足量的种子细胞，便突显出生物反应器的重要性。它提供的动态培养环境使其内部培养液流动，并使支架内的氧及营养质传更充分，更利于代谢废物排出，并能使细胞分布更均匀，细胞基质分泌更多，细胞表型表达更充分(8,9)。

　　Freed等(10)利用生物反应器，在直径6.7mm、厚5mm的支架材料上培养出软骨组织块，II型胶原蛋白的含量占总胶原蛋白量的9%以上。Hoerstrup等(11)利用脉动生物反应器培养骨髓间充质干细胞的三尖瓣组织，其结构与机械性能亦接近人体三尖瓣。